平面不規則高層建筑結構設計分析

胡昌德

酒鋼集團甘肅筑鼎建設有限責任公司

1 引言

近年來，社會經濟發展迅速，城市建設規模日漸擴大，但是，受到場地、功能和建筑美觀等高要求的限制，高層建筑結構體系變化逐漸復雜，各種造型紛紛呈現，特別是不規則高程建筑數量逐漸上升。而根據調查得知，相對應規則結構的建筑而言，不規則建筑結構極易在地震災害下出現變形、坍塌現象，更容易被地震破壞。因此，為了保證不規則高層建筑的安全穩定，需要科學的設計其結構體系。

2 平面不規則高層建筑結構設計特點

（1）在進行高層簡述結構設計時，水平力是其主要影響因素。通常情況下，多層建筑在進行結構設計時，需要首先考慮結構豎向荷載情況。根據資料發現，在豎向構件中，結構自重與樓面荷載導致的軸力和彎矩與建筑高度是正比關系[1]。但是，對于建筑結構而言，水平荷載所產生的影響仍然不同，其與建筑高度平方是正比關系。也就是說，建筑高度符合標準要求，豎向荷載就為定值，水平荷載會隨結構動力逐漸發生變化。

（2）建筑高度與其側移有著密切聯系，高層建筑使得結構側移成為其結構設計的重點。此外，建筑高度的增加使得各種創新建筑結構體系、形式涌現，在使用一段時間后，側移范圍明顯擴大[2]。因此，在設計建筑結構時，需要考慮其抗推剛度。

（3）在實際施工時，降低高層建筑自重是十分必要的，建筑重量與地震效應是正比關系，因此，降低自重有利于增強建筑結構的性能，對地震剪力的承載力也會縮小，地震傾覆力會降低。

（4）在設計平面不規則高層建筑結構的時候，如果設計方式適用性不強，這種建筑的實用性就不高，必須要確保這種高層建筑的設計符合實際需求，根據具體的場地和環境要求設計整個建筑結構，選用適當材料[3]。

3 平面不規則高層建筑結構設計實例分析

3.1 工程概況

某建筑物的建筑面積是10.5×104m2，高度為99.3m，平面尺寸為119m×62m，總共30層，地上28層，地下2層。其中，1～5層是商場，6層是花園，7層是結構轉換層，上部是塔，下部是大底盤，其余為公寓。

3.2 建筑結構情況

按照相關規范可得：該項目平面寬度與突出長度比是0.62，大于基本風壓0.35，是平面不規則建筑。該建筑高度在90.7m，為高層建筑。該建筑樓層發生位移，為扭轉規則。因此，該建筑屬于不規則建筑，結構設計有較大難度，可以使用多軟件、多模型對比法進行分析設計[4]。

3.3 結構方案

該建筑在進行結構設計使，就防震縫的設置與否展開了對比分析，如表1所示。通過分析得到，在轉換層之上分縫能夠可以使位移比改善，但是其結構剛度有所降低，這是由于分縫使得右單元無筒體，而且Y向寬度小，墻體位移，Y向平移剛度不夠，盡管周期可以滿足要求，但是位移比不符合標準。因此，該建筑無須設計分縫結構[5]。

表1 防震縫設置對比分析（位移比左右代表XY向值）

3.4 結構計算分析

（1）計算該建筑整體結構時，使用的是ETABS和SATWE兩種模型進行計算，分析結果如表2所示。從表中可得，兩種模型計算結果相近，說明了在地震作用下，建筑結構彈性受力能力比較好。該建筑Y向地震位移比大于X向，X向邊長比大于Y向。因此，需要縮短軸7的墻體，降低位移比。

表2 彈力分析的結果

（2）計算轉換層剛度比，該建筑利用上述兩種模型計算得出了轉換層剛度比，轉換層剛度及上層剛度60%比，兩種計算結果有較大差異，但基本在1～1.05之間，滿足規范，就表示轉換層并沒有顯著突變現象。

（3）分析轉換層應力，該建筑采用ETABS分析轉換層的樓板應力，X向反向譜情況下，計算樓板殼單元最大正應力為0.41、0.05，剪應力為0.25，都低于樓板混凝土的抗拉強度。地震系數若為2.95，也不會超過其抗拉強度。Y向計算得到，轉換樓層的樓板能夠傳輸水平方向的剪力。

3.5 彈性動力時程分析

該建筑屬于平面不規則類型的建筑，按照要求，需要分析器彈性動力時程，本文是在安全評價報告基礎上選擇的場地進行分析，根據計算效率，基于單向地震，比較地震剪力、最大層間位移角結果。

圖1 結構彈性時程分析樓層剪力、最大層間位移角結果

圖2 結構彈性時程分析樓層剪力、最大層間位移角結果

3.6 建筑結構抗震方法

根據分析結果，平面不規則高層建筑提出了以下幾個抗震方法。

（1）提高建筑結構的延展性，框支柱軸亞比控制在0.56左右，剪力墻底部軸亞比控制在0.48左右。

（2）將轉換層及上層樓板的厚度增加，其厚度控制在210mm、125mm，配筋在13mm@145mm和12mm@210mm。將裙房頂板厚度增加，其厚度控制在165mm，配筋在10mm@220mm。

（3）在建筑物的墻體底部夠造型鋼，提高底層的剛度，降低變形率。

4 結束語

綜上所述，平面不規則高層建筑已經成為當前建筑結構設計的重點內容，在設計這種建筑的時候，需要在規范標準的基礎上判別其不規則性，確定建筑結構的設計重難點，尤其是計算分析位移比、結構平牛周期比以及剪重比等參數。同時，通過一些措施使高層建筑的承載力、剛度等提高，進而降低不規則扭轉導致的建筑問題，確保高層建筑整體結構的安全可靠。未來在設計平面不規則高層建筑結構的時候，需要從結構設計急哦阿杜進行科學的設計，并推動這類建筑的結構設計工作落實到位，進而使其處于持續發展的狀態中。